超音波によるワインの熟成と樽熟成

ワインの熟成と樽熟成は、ワインの最終的な味わいと品質に大きく貢献する。この2つのプロセスには長い時間がかかることが知られており、多くの場合、熟成プロセスは数年に及ぶ。超音波は非常に効果的で迅速な技術であり、ワインの熟成を強め、オーク化合物の抽出、微小酸素化、化学プロセス（重合など）などのプロセスを大幅に加速させる。超音波を使えば、若いワインを数分で熟成させ、オーク樽で数年熟成させたブーケを持つ熟成ワインにすることができる。

超音波抽出によるオーク由来のワインフレーバー

オークの木に由来する渋み関連のフェノール化合物と芳香化合物は、熟成中のワインに超音波を加えると、極めて速やかに移行する。超音波はオークの化合物の抽出を数分に加速した。 – 伝統的なワインの樽熟成が数年かかるのに比べれば。

超音波によるワインの樽熟成

樽熟成を強化するために、オーク材のチップやステイヴをワインの中で超音波処理する。超音波が木の細胞壁を開いて破壊し、タンニン、フェノール、フロン、ラクトンなどの細胞内化合物が超音波キャビテーションによってワインに放出される。超音波振動とキャビテーションは激しい乱流と微小流を発生させるため、細胞内部と周囲の溶媒との間の物質移動が劇的に強化され、生体分子（すなわちアロマ化合物）が効率的かつ迅速に放出される。超音波処理は純粋に機械的な処理であるため、ワインに化学物質を添加することはない。

伝統的なワイン熟成と超音波熟成の品質比較。超音波熟成されたワインは、そのピーク品質が著しく早く達成される。
(グラフィック：©Yıldırım and Dündar, 2017, Leonhardt and Morabito, 2007より引用）。

超音波 – 機械的な力のみ

高強度、低周波の超音波は、高圧、高温、高せん断力を特徴とするエネルギー密度の高い条件を作り出す。これらの物理的な力は、細胞内化合物を培地中に放出するために、細胞構造の破壊を促進する。さらに、超音波によるワインの熟成プロセスは、微小酸素化と酸化プロセスを促進する。これにより、制御された超音波はワイン内の化学反応にプラスの影響を与える。超音波熟成されたワインは、従来の熟成されたワインよりもかなり早く品質のピークに達する。さらに、超音波熟成されたワインは高い保存レベルを示すため、超音波熟成されたワインは標準的な熟成プロセスよりも長い期間、そのピーク時の品質を維持することができる。

細胞壁破壊のメカニズム (a) キャビテーションによる細胞壁の破壊。(b）細胞構造内への溶媒の拡散。
(図はShirsath他、2012年より引用）

オーク樽熟成よりも超音波熟成の方が優れている点

オーク樽は、ワインの熟成のための一般的で伝統的なプロセスである。オーク樽では、樽の中で長い貯蔵期間をかけて少量ずつ酸化が起こる。高級ワインの熟成には数年を要するため、コストがかかる。オーク樽での熟成期間中、ワインは数多くの独特なアロマを生み出す。長い熟成期間とそれに伴う時間のロスに加え、オーク樽は購入と維持に費用がかかる。酵母種（ブレタノマイセスやデッケラなど）のような望ましくない微生物がワイン樽を汚染することがある。酵母によって腐敗したワインは、味と臭いが悪いことで知られている。
伝統的な樽熟成のこのような欠点から、超音波によるワイン熟成とオーキングは、費用効率が高く、科学的に証明された代替手段である。超音波は熟成期間を短縮し、ワインのいくつかの品質要素を向上させる。超音波処理は、マセラシオン、ポリフェノール抽出、熟成、熟成期間、樽熟成など、ワイン醸造プロセスの様々な段階で適用できる。熟成期間の短縮や、より効率的な高品質ワインの生産など、ワイン醸造における超音波処理の有効性は、科学的研究と産業的実施によって証明されている。

超音波によるワインの熟成促進：Th. Kleinschmidt教授の研究によると、アメリカンブレンドの木材チップの存在下で超音波処理を行うと、赤ワインの3-メチル-1-ブタノールのアロマが有益に変化する。Kleinschmidtは、アメリカン・ブレンドの木材チップの存在下で超音波処理を行うと、赤ワイン中の3-メチル-1-ブタノールのアロマが有益に変化することを示している。(超音波発生器UIP2000hdT、振幅43µm、ソノトロード表面9cm2)

ワインの超音波熟成に関する科学的研究

超音波の強度または音響エネルギー密度が比較的適度なレベルであれば、オーク材のチップからワインへのフェノール類の迅速な抽出と溶出を促進することができ、その結果、大幅に短縮された熟成期間内にワインの風味と栄養価を高める可能性がある。さらに、超音波処理はワインの組成を急速に変化させることができ、これは音響キャビテーションの効果によるものと推測される。そのため、高いレベルの音響エネルギー密度が、超音波によるワイン組成の変化を促進すると考えられる。(参照：Yang et al.）
同様の熟成効果は、Jiménez-Sánchezら（2020年）により、オークチップと超音波を用いたシェリー酢についても報告されている。超音波による熟成は、従来の熟成と比較して熟成期間を大幅に短縮した。

超音波によるオークからのアロマ成分の放出

Breniauxたちは、樫の木のワイン樽を洗浄するための高出力超音波の効果と、処理後の樽をワインの熟成に使用した場合のポリフェノールやその他の化合物の放出について調査した。エラギタンニン、リグニン、芳香前駆体などのポリフェノールや植物化学物質は、ワインの熟成と風味に大きく寄与する。全体として、超音波処理により、非常に短い処理時間でポリフェノールやその他の生物活性化合物の収量が高くなることが示された。例えば、フルフラールの濃度は、8ヶ月熟成と12ヶ月熟成で超音波処理の方が高く、代替の蒸気処理に比べて18.8～92.6％増加した。5-メチルフルフラールについては、1年熟成樽（12ヶ月熟成ワイン）および2年熟成樽（2ヶ月、8ヶ月、12ヶ月熟成ワイン）において、超音波処理の方が濃度が有意に高く、20.5～97%増加した。ウイスキーラクトンのジアステレオ異性体については、超音波処理した3年樽のトランスウイスキーラクトンが有意に高かった：12ヶ月熟成後のワインの濃度は75.2±5.6μg/Lで、蒸気処理した樽で熟成させたワインと比較して46.9％増加した。バニリンとシリンガルアルデヒドの濃度についても、超音波処理後のワインの測定値は有意に高かった。樽蒸気処理と比較すると、総エネルギー消費量は、パワー超音波処理で0.38 kWh、水蒸気処理で3 kWhとなり、7.89倍も少なかった。
(Breniauxら、2021年参照）。

超音波によって促進されるワインの化学反応

ワインの熟成中、数多くの化学反応が起こる。例えば、プロアントシアニジン化合物は重合し、アントシアニンと縮合し、タンパク質や多糖類などの他のポリマーと結合する傾向がある。このアントシアニンとの縮合反応は、赤ワインの色を濃くし、安定させる主な化学反応であり、赤ワインの色は鮮やかな赤から褐色を帯びた濃い赤へと変化する。
Masuzawaら、2000年による初期の研究では、超音波がフェノール化合物の重合を促進し、ワインの熟成とともに赤ワインのポリフェノール含量を増加させることがすでに実証されている。
樽の中でワインを熟成させる間、木材からワインに何百もの化合物が抽出され、最終的なワインの風味、アロマ、口当たりの感覚に直接寄与する。リグニン由来の揮発性フェノールやフェノール性アルデヒド、セルロースやヘミセルロースの糖分分解によるフルフラール化合物が抽出されるため、オーク材の繊維組成は熟成プロセスにおいて重要な役割を果たす。
伝統的なオーク樽熟成は何世紀にもわたり広く採用されてきたが、それでもなお、固有の欠点がいくつかある。第一に、樽での熟成には通常数ヶ月から数年かかり、非常に時間がかかる。第二に、樽は高価で、ワイナリーで場所をとり、時間とともに交換する必要がある。第三に、オーク樽が古くなると、ブレタノマイセス属やデッケラ属の酵母のような好ましくない微生物によって汚染される可能性がある。
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下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：